ال البناء الضوئي هي عملية كيميائية ضوئية تتكون من إنتاج الطاقة من خلال ضوء الشمس وتثبيت الكربون من الغلاف الجوي.
يمكن تلخيصها على أنها عملية تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. على المدى البناء الضوئي لها معنى التوليف بالضوء.
عملية التمثيل الضوئي
التمثيل الضوئي هو عملية تحدث داخل الخلية النباتية ، من ثاني أكسيد الكربون2 (ثاني أكسيد الكربون) و H2O (الماء) ، كوسيلة لإنتاج الجلوكوز.
تقوم النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء وبعض البكتيريا بعملية التمثيل الضوئي وتسمى كائنات الكلوروفيل ، لأنها تحتوي على صبغة أساسية للعملية وهي الكلوروفيل.
يحدث التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء ، وهي عضية موجودة فقط في الخلايا النباتية ، وحيث توجد صبغة الكلوروفيل المسؤولة عن اللون الأخضر للنباتات.
يمكن تعريف الأصباغ بأنها أي نوع من المواد القادرة على امتصاص الضوء. يعتبر الكلوروفيل أهم صبغة في النباتات لامتصاص طاقة الفوتون أثناء عملية التمثيل الضوئي. تشارك أصباغ أخرى أيضًا في العملية ، مثل الكاروتينات والفيكوبيلينات.
لأشعة الشمس الممتصة وظيفتان أساسيتان في عملية التمثيل الضوئي:
- تعزيز نقل الإلكترون من خلال المركبات التي تتبرع بالإلكترونات وتقبلها.
- توليد التدرج البروتوني الضروري لتخليق ATP (Adenosine Triphosphate - الطاقة).
اقرأ أيضًا عن أجزاء النبات.
معادلة التمثيل الضوئي
باختصار ، يمكننا توضيح عملية التمثيل الضوئي من خلال التفاعل التالي:
ح2O و CO2 هي المواد اللازمة لإجراء عملية التمثيل الضوئي. تمتص جزيئات الكلوروفيل ضوء الشمس وتفكك H2O ، إطلاق O2 والهيدروجين. الهيدروجين ينضم إلى أول أكسيد الكربون2 ويشكل الجلوكوز.
ينتج عن هذه العملية معادلة التمثيل الضوئي العامة ، والتي تمثل تفاعل الأكسدة والاختزال. ح2يتبرع O بالإلكترونات ، مثل الهيدروجين ، لتقليل ثاني أكسيد الكربون2 لتكوين الكربوهيدرات على شكل جلوكوز (C6ح12ا6).
ومع ذلك ، فإن عملية التمثيل الضوئي أكثر تفصيلاً وتتم على مرحلتين كما سنرى أدناه.
خطوات البناء الضوئي
ينقسم التمثيل الضوئي إلى مرحلتين: مرحلة الضوء والمرحلة المظلمة.
مرحلة الضوء
المرحلة الصافية أو الكيميائية الضوئية أو المضيئة ، كما يعرّفها الاسم ، هي تفاعلات تحدث فقط في وجود الضوء وتحدث في صفائح ثايلاكويدات البلاستيدات الخضراء.
يتم امتصاص ضوء الشمس ونقل الإلكترونات من خلال أنظمة ضوئية ، وهي مجموعات من البروتينات والأصباغ وناقلات الإلكترون ، والتي تشكل بنية في أغشية الثايلاكويد في البلاستيدات الخضراء.
يوجد نوعان من الأنظمة الضوئية ، يحتوي كل منهما على حوالي 300 جزيء كلوروفيل:
- نظام التصوير الأول: يحتوي على مركز تفاعل P.700 ويمتص بشكل تفضيلي الضوء بطول موجة 700 نانومتر.
- نظام الصور الثاني: يحتوي على مركز تفاعل P.680 ويمتص الضوء ويفضل أن يكون بطول موجي عند 680 نانومتر.
يتم ربط نظامي الصور بواسطة سلسلة نقل إلكترون ويعملان بشكل مستقل ولكنه مكمل.
تحدث عمليتان مهمتان في هذه المرحلة: الفسفرة الضوئية والتحلل الضوئي للماء.
الفسفرة الضوئية
الفسفرة الضوئية هي في الأساس إضافة الفوسفور (الفوسفور) إلى ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) ، مما يؤدي إلى تكوين ATP.
في اللحظة التي يتم فيها التقاط فوتون من الضوء بواسطة جزيئات الهوائي الخاصة بالنظم الضوئية ، يتم نقل طاقته إلى مراكز التفاعل ، حيث يوجد الكلوروفيل. عندما يصطدم الفوتون بالكلوروفيل ، ينشط ويطلق الإلكترونات التي مرت عبر مستقبلات مختلفة وتشكلت ، جنبًا إلى جنب مع H2O و ATP و NADPH.
يمكن أن تكون الفسفرة الضوئية من نوعين:
- الفسفرة الضوئية الحلقية: الإلكترونات التي أطلقها الكلوروفيل لا تعود إليها ، بل تعود إلى النظام الضوئي الآخر. تنتج ATP و NADPH.
- الفسفرة الضوئية الحلقية: تعود الإلكترونات إلى نفس الكلوروفيل الذي أطلقها. نموذج فقط ATP.
التحلل الضوئي للماء
يتكون التحلل الضوئي للماء من تكسير جزيء الماء بواسطة طاقة ضوء الشمس. تُستخدم الإلكترونات التي يتم إطلاقها في العملية لتعويض الإلكترونات المفقودة بواسطة الكلوروفيل في النظام الضوئي الثاني ولإنتاج الأكسجين الذي نتنفسه.
توصف المعادلة العامة للتحلل الضوئي أو تفاعل هيل على النحو التالي:
وبالتالي ، فإن جزيء الماء هو المانح النهائي للإلكترون. سيتم استخدام ATP و NADPH المتكونين لتخليق الكربوهيدرات من ثاني أكسيد الكربون2. ومع ذلك ، سيحدث هذا في الخطوة التالية ، المرحلة المظلمة.
المرحلة المظلمة
يمكن أن تحدث المرحلة المظلمة أو دورة البنتوز أو دورة كالفين في غياب ووجود الضوء وتحدث في سدى البلاستيدات الخضراء. خلال هذه المرحلة ، يتكون الجلوكوز من أول أكسيد الكربون2. وهكذا ، بينما توفر المرحلة الضوئية الطاقة ، يحدث تثبيت الكربون في المرحلة المظلمة.
تحقق من ملخص لكيفية حدوث دورة كالفين:
1. تثبيت الكربون
- في كل منعطف من الدورة ، يكون جزيء ثاني أكسيد الكربون2 يضاف. ومع ذلك ، يتطلب الأمر ستة دورات كاملة لإنتاج جزيئين من جليسيرالديهيد 3-فوسفات وجزيء واحد من الجلوكوز.
- ستة جزيئات من ريبولوز ثنائي فوسفات (RuDP) ، مع خمسة ذرات كربون ، ترتبط بستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون2، تنتج 12 جزيء من حمض الفوسفوجليسيريك (PGA) ، مع ثلاثة ذرات كربون.
2. إنتاج المركبات العضوية
- يتم تقليل الجزيئات الـ 12 من حمض الفوسفوجليسيريك (PGAL) إلى 12 جزيء من ألدهيد الفوسفوجليسيريك.
3. تجديد ريبولوز ثنائي الفوسفات
- من بين 12 جزيءًا من ألدهيد الفسفوجليكريك ، تتحد 10 جزيئات مع بعضها البعض لتشكيل 6 جزيئات من مادة RuDP.
- تعمل جزيئتا ألدهيد الفسفوجليسيريك المتبقيان على بدء تخليق النشا والمكونات الخلوية الأخرى.
يتم تكسير الجلوكوز الناتج في نهاية عملية التمثيل الضوئي وتسمح الطاقة المنبعثة بحدوث عملية التمثيل الغذائي للخلية. عملية تكسير الجلوكوز هي التنفس الخلوي.
أهمية التمثيل الضوئي
التمثيل الضوئي هو العملية الأساسية لتحويل الطاقة في المحيط الحيوي. وهو يدعم قاعدة السلسلة الغذائية ، حيث ينتج عن تغذية المواد العضوية التي توفرها النباتات الخضراء غذاءً للكائنات غيرية التغذية.
وبالتالي ، فإن أهمية التمثيل الضوئي تعتمد على ثلاثة عوامل رئيسية:
- يعزز التقاط أول أكسيد الكربون2 الغلاف الجوي.
- يقوم بتجديد O2 الغلاف الجوي.
- إنه يقود تدفق المادة والطاقة في النظم البيئية.
التمثيل الضوئي والتركيب الكيميائي
على عكس التمثيل الضوئي الذي يتطلب حدوث الضوء ، التخليق الكيميائي يحدث في غياب الضوء. يتكون من إنتاج المواد العضوية من المواد المعدنية.
إنها في الأساس عملية من خطوتين يتم تنفيذها فقط بواسطة بكتيريا ذاتية التغذية للحصول على الطاقة. في الخطوة الأولى ، تتأكسد المواد غير العضوية ، وفي الخطوة الثانية ، يخضع ثاني أكسيد الكربون للاختزال ، مما يؤدي إلى إنتاج مركبات عضوية.
الخطوة الأولى: مركب غير عضوي + O2 → مركبات غير عضوية مؤكسدة + طاقة كيميائية
المرحلة الثانية: CO2 + ح2O + الطاقة الكيميائية → المركبات العضوية + O2
تعرف على المزيد ، اقرأ أيضًا:
- دورة الكربون
- دورة الأكسجين
- علم النبات: دراسة النباتات
